計算機技術的發展及未來趨勢

周小鵬 長沙市實驗中學

計算機技術的發展及未來趨勢

周小鵬 長沙市實驗中學

基于集成電路的計算機短期內還不會退出歷史舞臺，新的計算機正在躍躍欲試地加緊研究。目前推出的一種新的超級計算機采用世界上速度最快的微處理器之一，并通過一種創新的水冷系統進行冷卻，科學家已經制造出世界上最小的計算機邏輯電路，也就是一個由單分子碳組成的雙晶體管元件。這一成果將使未來的電腦芯片變得更小、傳輸速度更快、耗電量更少。本論文從技術機的發展歷史、發展過程的瓶頸、以及未來發展的趨勢。

計算機技術 發展歷程 計算機瓶頸

計算機是20世紀最先進的科學技術發明之一，對人類的生產活動和社會活動產生了極其重要的影響，并以強大的生命力飛速發展。它的應用領域從最初的軍事科研應用擴展到社會的各個領域，已形成了規模巨大的計算機產業，帶動了全球范圍的技術進步，由此引發了深刻的社會變革，計算機已遍及一般學校、企事業單位，進入尋常百姓家，成為信息社會中必不可少的工具。

1 計算機技術發展歷程

電子管計算機時代(1943—1957年)

20世紀40年代是電子計算機的誕生期。1943年英國推出了一款可編程的計算機，主要用于破譯德國的密碼，該裝置包括了2400個真空電子管，每秒能解譯5000個字符。

晶體管計算機時代(1958—1964年)

1947年，貝爾實驗室的威廉.肖克利、約翰.巴丁和沃爾特?布拉頓發明了晶體管，開辟了電子時代新紀元。

集成電路計算機時代(1964--1972年)

1958年美國得克薩斯州的工程師杰克.基爾比發明了集成電路(IC)，多種電子元件被集成到單一的半導體芯片上。

大規模集成電路計算機時代(1972一至今)

1971年11月15 日，霍夫在INTEL公司開發成功第一塊微處理器4004，含2300個晶體管，這是一個4位系統，時鐘頻率108kHz，每秒執行6萬條指令。

這標志著大規模集成電路(LSI)時代的開始。

從技術機技術發展歷程不難看出，電子管計算機時代的跨度在14年，晶體管計算機時代的跨度為6年，集成電路計算機時代的跨度6年，而大規模集成電路計算機時代已經經歷了45年，大規模集成電路的發展推動半導體芯片的集成度更高，每塊芯片可容納數萬乃至數百萬個晶體管，并且可以把運算器和控制器都集中在一個芯片上、從而出現了微處理器，并且可以用微處理器和大規模、超大規模集成電路組裝成微型計算機，這才能讓計算機普及到我們生活。當代計算機的革新所面臨的問題，所遇到的瓶頸，也是需要研究和深思。

2 計算機技術的發展瓶頸

（1）CPU運行速速與載體之間的傳輸媒介之間的瓶頸。

CPU和主板之間傳輸材質,新型材料的引入、主板之間的合理的布局，元器件的優化等方式解決。

（2）隨機存儲器RAM存儲速度和CPU運行速度的瓶頸。

雖然半導體設計制造工藝越來越先進，單個芯片內部能集成的存貯單元越來越多，但是RAM的絕對存取速度并沒有明顯地提高。目前大部分計算機通過采用靜態RAM代替動態RAM以提高速度。相比動態RAM而言靜態RAM的集成度低,對于同樣的存儲容量占用的空間大,但它不像動態RAM芯片需定時刷新。

（3）高速超導、激光、分子、量子的引入將革新計算速度和存儲方式。

（4）采用多CPU以提高整機的運行速度。

多CPU系統某一時刻雖然都在運行,但它們完成的是各自獨立的操作。而并行機中的各CPU交互并行地協同工作,即在同一時刻應完成相同的操作，多處理器計算機雖然使整機運行速度大為提高,但與并行機不屬于同一概念。

（5）生物計算機主要是以生物電子元件構建的計算機。它利用蛋白質有開關特性，用蛋白質分子作元件從而制成的生物芯片。生物電子原件的引入將使運算速度大大超過人腦的思維速度。

(6)液冷、存儲制冷、高效能電源、高效能散熱也是提升CPU運行速度的因素。

(7)外部負載情況動態調整系統狀態、實施部分節點或部件的休眠；根據各進程能耗的不同對CPU任務隊列進行調整，如將一些產生較多熱量的任務從溫度較高的CPU上遷移到溫度較低的CPU上從而實現能耗的均衡。

3 計算機技術發展未來趨勢

（1）巨型化。為滿足國防、氣象、地質等領域的尖端需要，計算機的性能將會逐步提高，不斷出現速度更快、精度更高、容量更大的巨型計算機。

（2）微型化。隨著集成電路技術及存儲技術的發展，計算機元器件的體積可以變得越來越小，目前已出現了具有文件存儲和聯網功能的“掌上電腦”。

（3）網絡化。網絡化可以滿足人們信息共享的需要，使地球真正變成一個村落。目前，32位的網絡地址資源很快即將耗盡，人們正在開發128位地址的“下一代互聯網”。在不久的將來，不僅可以實現計算機之間的聯網，還會實現計算機與家庭轎車、家用冰箱、電視、樓宇門窗等生活設施的聯網。

（4）智能化。盡管智能化技術目前還不成熟，但這是計算機技術發展的必然趨勢。一些發達國家正在開發研制以智能化為特征的第五代計算機，隨著人腦秘密的破解，第五代計算機將會發生一個質的飛躍。

（5）多媒體技術。多媒體技術目前已經有了較廣泛的應用，但仍是一個研究熱點。未來計算機的發展將會更便捷地處理各類媒體信息，以滿足人們信息共享的需要。

（6）并行處理計算機。馮.諾依曼結構體系結構的“程序存儲和控制”是一種串行機制，已成為進一步提高計算機性能的制約因素，采用并行處理結構可大大提高計算機性能。“DNA計算機”“光子計算機”和“神經元計算機”都屬于研制中的并行處理計算機。

4 結語

隨著經濟政治制度的不斷發展，相應推動計算機的發展，計算機技術給社會帶來了巨大的變革，給人們的生活、工作、學習帶來了極大的便利。雖然計算機技術已經相當成熟，但是它仍具有很大的發展空間。

[1]楊劍編.數字邊疆的權力與財富[M].上海：上海人民出版社，2012：16.

[2]魏權利.微型計算機技術的發展與瓶頸[J].青島科技大學學報，2000：2.

[3]崔發周.計算機應用基礎教程[M].天津：天津科學技術出版社 ,2008：2.

周小鵬，姓別：男，民族：漢族，籍貫：湖南省株洲市，單位：長沙市實驗中學，職稱：學生，學歷：高中，研究方向：專業經濟學方面。